Qu’est-ce qu’une expérience équitable ? Une expérience avec des petites voitures et des rampes pour les sciences à l’école primaire

Réaliser une expérience équitable est l’une des premières véritables compétences scientifiques que les enfants apprennent, et l’une des plus faciles à mettre en œuvre incorrectement. Le principe est simple : ne changer qu’un seul élément, garder tout le reste identique et mesurer ce qui se passe. Faire rouler une petite voiture sur une rampe est une méthode classique pour l’enseigner, car chaque enfant peut prévoir, observer et mesurer le résultat.

Cette leçon fonctionne avec de vraies voitures et des livres posés sur le sol de la classe, ainsi qu’avec le laboratoire de course sur rampe lorsque vous manquez d’espace ou de temps pour l’installation, ou souhaitez que chaque groupe obtienne des résultats clairs à analyser.

Qu’est-ce qui rend une expérience équitable ?

Chaque expérience équitable comporte trois types de variables. Écrivez-les au tableau avec des mots que la classe peut utiliser :

• Ce que nous changeons. Une seule chose, par exemple le nombre de livres sous la rampe.
• Ce que nous mesurons. La distance parcourue par la voiture sur le sol après avoir quitté la rampe.
• Ce que nous gardons identique. La même voiture, la même rampe, la même surface, et la lâcher sans la pousser.

Une phrase à compléter utile : « Nous avons changé ..., mesuré ..., et gardé ... identique. »

Test 1 : une rampe plus inclinée permet-elle à la voiture d’aller plus loin ?

Demandez d’abord à la classe de faire une prédiction. Faites ensuite courir les voitures A et B côte à côte sur la même surface, avec un nombre différent de livres sous chaque rampe. Chaque course est automatiquement ajoutée au tableau des résultats. Après quelques courses, la classe disposera ainsi d’un ensemble complet de données.

Voici ce que le laboratoire mesure sur le bois pour chaque hauteur, de 1 à 5 livres :

La tendance est suffisamment claire pour que les jeunes enfants la décrivent avec leurs propres mots : plus il y a de livres, plus la voiture va loin. Les élèves plus âgés peuvent remarquer que chaque livre supplémentaire ajoute à peu près la même distance, environ 1.26 m sur le bois.

Test 2 : sur quelle surface la voiture roule-t-elle le plus loin ?

Maintenant, gardez la même hauteur pour les deux voitures (3 livres) et ne changez que la surface. La surface recouvre à la fois la rampe et le sol. Faites s’affronter deux surfaces à la fois jusqu’à ce que la classe ait essayé les cinq.

Plus la surface est lisse, plus la voiture roule loin. Avec 3 livres, la voiture sur Serviette, Papier de verre ne bouge pas du tout. Cela ne signifie pas que l’expérience a échoué. C’est un résultat qui mérite d’être discuté.

Pourquoi certaines voitures ne bougent-elles pas ?

Une surface rugueuse freine les roues. Si la rampe n'est pas assez inclinée, cette force est plus importante que la poussée vers le bas de la pente, et la voiture reste immobile. Demandez à la classe de trouver le plus petit nombre de livres qui permet de mettre la voiture en mouvement sur chaque surface :

• Bois : 1 livres
• Papier : 2 livres
• Moquette : 3 livres
• Serviette : 4 livres
• Papier de verre : 5 livres

Voici une première approche simple du frottement, qui fait le lien avec la vie quotidienne : pourquoi les toboggans sont-ils lisses et pourquoi utilise-t-on du papier de verre pour empêcher les objets de glisser ?

Test 3 : repérer un test injuste

Placez la voiture A sur un tapis avec 2 livres et la voiture B sur du bois avec 4 livres. La voiture B gagne facilement, mais demandez : est-ce grâce aux livres ou à la surface ? Personne ne peut le savoir, car deux éléments ont changé en même temps. Demandez à la classe d'expliquer ce qui n'a pas fonctionné et comment y remédier. Les enfants qui savent repérer un test injuste ont vraiment compris l'idée.

Consigner les résultats

Un simple tableau à trois colonnes suffit : ce que nous avons changé, la distance et ce que nous avons observé. Sur une vraie rampe en classe, les résultats varient d’un essai à l’autre ; il faut donc effectuer chaque test trois fois et retenir la valeur du milieu. Le laboratoire donne toujours le même résultat, car il utilise un modèle fixe. C’est donc un bon moyen d’observer la tendance avant de mesurer la réalité, plus complexe.

À propos du laboratoire : la rampe mesure 1 m de long, chaque livre la surélève de 5 cm et les hauteurs sont représentées trois fois plus grandes pour qu’elles soient faciles à voir. Le sol mesure 6 m de long.

Questions à poser à la classe

• Qu’avons-nous changé, qu’avons-nous mesuré et qu’avons-nous gardé identique ?
• Pourquoi faut-il lâcher les deux voitures sans les pousser ?
• Quelle surface choisirais-tu pour un toboggan de cour de récréation, et laquelle pour une rampe qui doit empêcher les objets de glisser ?
• À ton avis, que se passera-t-il avec 5 livres sur de la moquette ? Fais le test.